我國民機產業(yè)無損檢測工作的探討

程 勝,馮劍飛,鄧發(fā)慶

(1.中國商用飛機有限責任公司, 上海 200126;2.中國商飛上海飛機設計研究院, 上海 201210)

我國民機產業(yè)無損檢測工作的探討

程 勝1,馮劍飛2,鄧發(fā)慶1

(1.中國商用飛機有限責任公司, 上海 200126;2.中國商飛上海飛機設計研究院, 上海 201210)

無損檢測工作貫穿整個飛機的全壽命周期。從我國民機產業(yè)頂層策劃的角度出發(fā)，探討整個產業(yè)無損檢測工作的構架。其中，界定了集團總部、設計研發(fā)、生產制造、客服維修和航空公司等職能機構的無損檢測工作職責，闡述了項目經理系統(tǒng)與專業(yè)技術總師系統(tǒng)在企業(yè)無損檢測工作中的分工;探討了我國民機產業(yè)在項目實施階段的無損檢測重點工作內容,如項目無損檢測IPT團隊、大型力學試驗中的無損檢測工作以及無損檢測測量系統(tǒng)分析等;為我國相關產業(yè)的無損檢測體系建設提供了借鑒作用。

民機;無損檢測;管理;航空

現代大型民用飛機是數百萬零件級的超大規(guī)模集成創(chuàng)新工程[1]，其中，以波音777和空客380飛機為例，結構件數量分別達到了75萬件和78萬件。飛機機體結構的安全決定著飛行的安全。民機產業(yè)中的無損檢測工作是指在民機項目的研制、生產、試驗、試飛和運營服務(含持續(xù)適航)等飛機全壽命過程中，按照規(guī)定的程序，對原材料、零部件、試驗件、結構件、機體及其相關產品進行的無損測定與評價的過程。實施無損檢測可以預防飛機機體結構類零件的失效，從而提升飛行安全[2]。

美國航空航天總署總部安全與任務保障部，將無損檢測與評估列入其八大職能之一,從頂層規(guī)劃的角度，引領著NASA、波音、GE、洛克希德·馬丁等航空航天機構和企業(yè)無損檢測領域的發(fā)展。

近年來，我國的無損檢測工作日益受到重視，無損檢測技術正處于蓬勃發(fā)展時間[3-4]。就我國民用航空領域而言，無損檢測設備或技術，尤其在生產制造環(huán)節(jié)采用的無損檢測技術，在許多方面已處于國際先進甚至領先水平。但是，對于從事高度復雜的大型民機研制的產業(yè)，其管理的復雜程度遠高于普通工業(yè)產品[5]。無損檢測決非僅僅是檢查一下結構材料的損傷、裂紋、分層、脫粘等這些處于技術末端的現象，而是應研究引起飛機結構材料特性的變化、疲勞的機理及其物理參數的變化過程；這些關鍵或核心技術必須從飛機結構設計的最初概念階段就開展研究。我國民機產業(yè)無損檢測頂層策劃方面的研究鮮有報道,項目全壽命階段無損檢測工作缺乏統(tǒng)籌，導致上下游執(zhí)行機構經常各自為政，無損檢測工作難以形成一個相互支持的體系，已嚴重制約我國民機領域無損檢測工作整體效能的發(fā)揮。

筆者從C919大型客機和ARJ21支線飛機兩大項目的無損檢測工作實踐出發(fā)，總結了民機無損檢測工作的經驗，闡述了民用航空產業(yè)無損檢測工作的主要內容，界定集團總部、設計研發(fā)、生產制造、客服維修和航空公司等機構和單位的無損檢測工作職責，闡述了項目經理系統(tǒng)與專業(yè)技術總師系統(tǒng)在企業(yè)無損檢測工作中的分工，并介紹了我國民機產業(yè)在項目實施階段的無損檢測重點工作內容，以為我國其他產業(yè)的無損檢測體系建設提供借鑒。

1 民機產業(yè)無損檢測工作職能管理機構的職責劃分

在以民機為代表的高度復雜產品的研制過程中，若要做到職責清晰、可操作性強，集團總部、設計研發(fā)、生產制造、客服維修和航空運營等機構和單位的無損檢測工作需要依托職能管理，明確責任分工。

1.1 集團總部的職能

集團總部無損檢測管理部門是無損檢測工作的最高領導機構，除負責組織制定集團公司相關的規(guī)章制度和制定集團公司無損檢測工作發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃外，還需要組織建立組織機構體系、技術體系、資質認定管理體系，并最終審定和發(fā)布集團公司的無損檢測標準規(guī)范。

1.2 設計研發(fā)單位的職責 項目設計研發(fā)單位是項目無損檢測工作的主要支撐機構，主要負責協(xié)助集團公司總部，建立無損檢測技術體系，組織編制公司無損檢測技術標準、規(guī)范和方法，負責編制民機無損檢測通用要求，并及時完善。

根據型號項目研制目標，對預采用航空領域新材料、新工藝帶來的無損檢測技術難題，開展未來型號或改進型號的無損檢測技術預先研究。

在項目研制過程中，對機體部段級和全機級的地面試驗和試驗試飛過程的疲勞損傷和意外損傷實施無損檢測和監(jiān)測，獲取損傷的動態(tài)擴展信息，建立項目全機損傷檢測基本數據庫，為確定飛機壽命和設計改進提供依據。

此外，項目設計研發(fā)單位需負責牽頭編制飛機的《無損檢測手冊》(Nondestructive Testing Manual, NTM)，明確飛機原位結構無損檢測程序，檢測程序中明確結構的損傷信息、檢測器材、檢測過程及損傷信號判讀標準等內容，同時研制滿足飛機工程設計結構安全要求的無損檢測對比試塊，用于指導飛機用戶在飛機持續(xù)適航過程中實施無損檢測。

1.3 生產制造單位的職責

生產制造單位在飛機制造過程中按照零件圖紙的檢測要求，依據民航局認可的項目無損檢測工藝規(guī)范，對飛機零部件的生產過程實施無損檢測，達到飛機零部件質量控制的目的。同時組織開展零部件和結構件制造階段的無損檢測技術支持和工程研究。

生產制造單位代表集團公司組織參加“國家航空航天和國防供應商授信項目”(National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program，NADCAP)無損檢測工作組，參與制修訂供應商無損檢測特種工藝能力審核準則的編制工作。負責對集團公司所屬單位無損檢測操作人員提供培訓和認證，并負責根據集團公司和相關國際航空行業(yè)能力審核準則對供應商進行無損檢測能力和過程質量控制審核，評估供應商的無損檢測能力和水平是否滿足公司無損檢測技術和型號設計要求。

同時，生產制造單位負責收集供應商在生產制造中實施無損檢測過程中出現的各類問題，按照《國際航空航天無損檢測人員資格鑒定與認證》(簡稱NAS 410)的要求組織實施對集團外部無損檢測人員培訓機構的資質認定，承擔供應商所屬的二級、三級無損檢測操作人員雇主要求的培訓和認證。

1.4 客服維修單位的職責

客服維修單位負責歸口管理飛機無損檢測手冊，并作為責任主體代表集團公司接受適航當局對手冊的審查工作。負責組織開展飛機維護階段的無損檢測方法的工程研究，建立客戶服務無損檢測快速響應工作機制，并按照客戶需求，協(xié)調生產制造單位為客戶提供無損檢測技術能力支持和駐場檢測服務。負責代表集團公司為客戶進行飛機無損檢測手冊的使用培訓。負責收集飛機運營服務階段的機體結構損傷的信息，建立飛機損傷信息數據庫，并向設計研究單位無損檢測主管部門備份，作為項目改進設計的依據。

1.5 航空公司的職責

航空公司根據飛機無損檢測手冊和NADCAP等供應商質量管理體系文件、標準，使用飛機制造商提供檢測用對比試塊，對飛機機體結構損傷開展無損檢測，并及時向飛機制造商的客服維修機構反饋飛機運營服務階段中機體結構損傷的信息，便于飛機制造商制定維修方案和設計優(yōu)化。

2 項目經理系統(tǒng)與專業(yè)技術總師系統(tǒng)的職責

2.1 項目經理系統(tǒng)

圖1 民用飛機全壽命過程無損檢測工作流程

主管材料工藝的項目經理是項目無損檢測工作的負責人，負責項目全壽命周期的無損檢測工作策劃。其領導下的項目經理系統(tǒng)，如圖1所示，在飛機總體方案定義、初步設計、詳細設計、全面試制、試飛取證、批生產和持續(xù)適航各個階段實施無損檢測的相關工作。

項目經理系統(tǒng)負責確定產品圖樣和有關技術文件上標注的零件類別、允許缺陷類型和尺寸、關鍵部位，建立無損檢測方法和規(guī)范、驗收標準，評估使用維護中需要無損檢測的項目、原位無損檢測的項目及原位無損檢測可達性等是否滿足飛機完整性要求，確保無損檢測技術水平與產品質量要求相一致。

在項目轉階段評審期間，項目經理系統(tǒng)應組織專項的無損檢測評審工作，確保產品的檢測可行性和可靠性。項目經理系統(tǒng)應組織編制項目結構適航限制類專用無損檢測方法，組織開展驗證工作，并作為《飛機無損檢測手冊》的重要內容之一，用于確保項目在試飛和運營服務階段，原位無損檢測方法的有效性和適用性。

2.2 專業(yè)技術總師系統(tǒng)

無損檢測主任設計師是集團公司無損檢測工作的技術負責人，負責集團公司無損檢測工作的策劃。在不承擔具體項目任務時，其隸屬于集團公司材料工藝技術專業(yè)總師。其主要負責在飛機設計、制造、試驗、試飛和運營服務各個階段，組織實施無損檢測的技術工作，特別是無損檢測技術的預先研究、工程化應用研究，以及新材料和新結構的無損檢測方法研究;組織建立并完善無損檢測新技術標準、規(guī)范和方法體系，并組織跟蹤主流民機主制造商無損檢測技術的最新應用進展。

3 項目實施階段無損檢測的重點工作

3.1 項目無損檢測IPT團隊工作

在大型項目立項初期，以集成項目團隊(IPT)的形式，組建跨單位和職能的項目無損檢測IPT團隊。該團隊成員由設計研發(fā)、生產制造和客服等單位組成，作為項目結構工藝團隊下的二級團隊，并由項目管理部門歸口管理。該IPT團隊負責人由設計研發(fā)單位無損檢測主任設計師兼任，直接向項目主管材料工藝的副總經理匯報，并由生產制造背景的無損檢測三級人員資質的主任工程師或副主任工程師至少1名作為副手，團隊成員還有強度、結構、材料、工藝、制造、維修、適航等專業(yè)人員，并實施獨立的績效考核和工時管理機制。

項目無損檢測IPT團隊根據《民機無損檢測通用要求》和項目的實際需求，在飛機結構設計的最初概念階段，編制《項目無損檢測大綱》(見圖1)，指導項目各階段無損檢測工作，從而將項目無損檢測工作貫穿到整個項目研制的流程中。其具體開展結構設計過程中，涉及可檢測性、檢測成本、檢測時間消耗及可移除性等內容的文件編制和具體實施工作。

3.2 大型力學試驗中的無損檢測工作

在民機研制過程中，通過聲發(fā)射等無損檢測獲得大型力學試驗的數據是編制《飛機無損檢測手冊》的主要依據。在試驗規(guī)劃階段，項目管理部門委托項目無損檢測IPT團隊編制《大型力學試驗專項無損檢測工作方案》并組織實施?！洞笮土W試驗專項無損檢測工作方案》應由分管該試驗任務的結構工藝總師負責審批。

在開展大型力學試驗(含外協(xié)試驗)任務時，項目無損檢測IPT團隊應提前規(guī)劃無損檢測能力的建設，確保試驗過程中無損檢測設備的監(jiān)測能力，監(jiān)督相關無損檢測制度、標準和規(guī)范的落實，加強相關試驗數據的采集、存儲和備份，所有數據應同時備份至集團公司試驗驗證工作的技術支撐機構。

3.3 無損檢測測量系統(tǒng)分析

無損檢測測量系統(tǒng)分析(MSA)系統(tǒng)的建立應當充分評估以識別所有可能影響結果的因素。在民機產業(yè)常常采用三層樹狀圖分析相關因素,如圖2所示。其中，需要重點考慮影響樣本選擇的因素包括：大部件的臨界尺寸、被測對象的構型、航空公司的特殊需求，樣本應該覆蓋整個產品使用范圍和理論允許公差范圍。所使用的分析技術假定單

圖2 民機產業(yè)無損檢測測量系統(tǒng)分析研究因素樹狀示例

個數據點的統(tǒng)計獨立性，必須進行隨機測量以確保操作者無法識別該零件。

測量系統(tǒng)受人為影響的過程，需要每名測量人員進行大量的重復測量。每個測量人員須測量每個樣本三次或者更多次。當樣本能表現出很好的控制水平時，單人測量單個樣本的最低要求是兩次。需要考慮的重要因素還包括：最多和最少的有經驗人員、工作在不同位置的人員、工作在不同班次的人員、任何可能影響測量過程的生理因素等，不同層次的視覺敏銳度、身高等人為因素。所有測量研究的參與者應受過足夠的培訓。在使用自動測量系統(tǒng)(如大型超聲C掃設備等)時人為因素才可以可忽略不計。

4 結語

長期以來，我國民用航空產業(yè)，雖然大量引進了國外先進無損檢測設備，并培訓了一批擁有NAS410或等同資質的人員，但就整體效能和發(fā)展上，并非處于有序發(fā)展中。筆者從我國主要民機產品無損檢測工作的實踐出發(fā)，闡述了民機產業(yè)無損檢測工作的主要內容，界定集團總部、設計研發(fā)、生產制造、客服維修和航空公司等機構和單位的無損檢測工作職責；闡述了民機產品項目研制階段無損檢測保證與監(jiān)督工作，并介紹了項目無損檢測IPT團隊、大型力學試驗中的無損檢測工作以及無損檢測測量系統(tǒng)分析等內容；為我國相關產業(yè)的無損檢測體系建設提供了借鑒。

[1] 程勝，盛承勛，徐建華,等.高度復雜產品研制階段中的計量保證工作[J].中國計量，2015，236(7)：49-50.

[2] 馬保全，周正干．航空航天復合材料結構非接觸無損檢測技術的進展及發(fā)展趨勢[J]．航空學報，2014,35(7):1787-1803.

[3] 王少萍．大型飛機機載系統(tǒng)預測與健康管理關鍵技術[J]．航空學報，2014,35(6):1459-1472.

[4] 馮劍飛，耿榮生，鄔冠華，等.機體飛行載荷疲勞試驗中的聲發(fā)射特性分析[J]．機械工程學報,2010,46(8):6-11.

[5] MIL-HDBK-6870B Nondestructive inspection program requirements for aircraft and missile materials and parts[S].

A Summary of Nondestructive Testing Application in Chinese Civil Aircraft Industry

CHENG Sheng1, FENG Jian-fei2, DENG Fa-qing1

(1.Commercial Aircraft Corporation of China, Ltd., Shanghai 200126, China; 2.Shanghai Aircraft Design and Research Institute of COMAC, Shanghai 201210, China)

Nondestructive testing (NDT) program is required for the whole aircraft life. From the viewpoint of the top NDT organization, the NDT work-frame of civil aircraft industry is described. The tasks among the headquarters, research institutes, manufactory, customer service and maintainance, and airline have been divided. The operation duties between the program manager group and the technical engineer group have been described. The main items such as the NDT IPT Group, the NDT in the large loading test, the measurement system analysis of NDT are also presented. These achievements could be widely applied in the other industries.

Civil aircraft; Nondestructive testing; Management; Aviation

2017-01-18

國家中長期重大科學與技術發(fā)展專項資助項目(2006-2020年)

程 勝(1977-)，博士，高級工程師，主要從事質量技術工作。

程 勝,E-mail: chengsheng@comac.cc。

10.11973/wsjc201704016

TG115.28

A

1000-6656(2017)04-0076-04